宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhò全国有多少个省市自治区和直辖市 全国有多少个地级市u)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhu全国有多少个省市自治区和直辖市 全国有多少个地级市àng)时，可被观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(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多(duō)不(bù)同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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