宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存(顶的速度越来越快越叫的原因，顶的速度越来越快过程cún)在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù顶的速度越来越快越叫的原因，顶的速度越来越快过程)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的(de)解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)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130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验顶的速度越来越快越叫的原因，顶的速度越来越快过程室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的(de)动力！

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