宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要(yào)的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，崤什么时候读yao佳肴，崤什么时候读在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(崤什么时候读yao佳肴，崤什么时候读lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)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(néng)拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者(zhě)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实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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