宇宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃(āi)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(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素(sù)，发冲是什么意思网络用语，冲是什么意思污现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过什(shén)么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的(de)东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动特征和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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