宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是(sh中戏明星有哪些明星，中戏明星有哪些名单ì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千(qiān)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转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在(zài)。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相(x中戏明星有哪些明星，中戏明星有哪些名单iāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)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(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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