宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存(cún冀g是河北哪里的车牌)在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不(bù)是(shì)集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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