宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用(yòng)到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们(men)会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在(1984年出生今年多大年龄，1984年出生今年多大2022zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效1984年出生今年多大年龄，1984年出生今年多大2022性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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