宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动(无人值守尿素加注机 尿素加注机工作原理dòng)。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们(men)之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系无人值守尿素加注机 尿素加注机工作原理(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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