宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù三角形中线长公式是什么，中线长公式是什么原因)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭三角形中线长公式是什么，中线长公式是什么原因曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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