宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物(w赶歌圩的读音是什么，赶歌圩的拼音怎么读ù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shà赶歌圩的读音是什么，赶歌圩的拼音怎么读ng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台新的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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