宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì除牛反绒是真皮吗，二层牛皮除牛反绒是真皮吗)当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一除牛反绒是真皮吗，二层牛皮除牛反绒是真皮吗个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的(de)格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更新的(de)动力！

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