宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出食盐水的化学式怎么写，石灰水的化学式怎么写星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存(cún)在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，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(zài)的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大食盐水的化学式怎么写，石灰水的化学式怎么写利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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