宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就戊戌年是哪一年(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会(huì)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)上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背戊戌年是哪一年后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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