宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这(z你在教我做事啊是什么意思，你在教我做事啊是什么意思hè)个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(你在教我做事啊是什么意思，你在教我做事啊是什么意思kě)以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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