宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(选择复句例子十个，选择复句例子5个suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)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(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了(le)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质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹选择复句例子十个，选择复句例子5个(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流(liú选择复句例子十个，选择复句例子5个)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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