宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi朱子家训是谁写的 朱子家训的作者是谁)。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡(朱子家训是谁写的 朱子家训的作者是谁guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的(de)大(dà)质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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