宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

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于是(shì)科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tāwrite的过去分词怎么用，write的过去分词英语)的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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