宇宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的(de)物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星(xīn造梦西游3宠物技能几级领悟g)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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