宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星campus是什么意思 campus是国誉吗系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的(de)质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第(dì)一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月(yucampus是什么意思 campus是国誉吗è)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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