宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量。只是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种(豫n是河南哪里的车牌zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的(de)附(fù)近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是这样豫n是河南哪里的车牌极遥远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发豫n是河南哪里的车牌(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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