宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科(kname是什么意思 name是姓还是名name是什么意思 name是姓还是名pan>ē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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