宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成的(de)巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)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(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运(yù300mm是多少厘米 300mm是多大的鞋n)动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的(d300mm是多少厘米 300mm是多大的鞋e)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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