宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是(shì)应(yīng)用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么(me)又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引(yǐn)入(rù)了(l莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗e)外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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