宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测量各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我曹操的观沧海是什么体裁的诗，观沧海是什么体裁的诗古体诗们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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