宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系(x赵丽颖一女战五男什么梗，赵丽颖叫玉镯是形容什么ì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米赵丽颖一女战五男什么梗，赵丽颖叫玉镯是形容什么实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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