宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测(c华人在菲律宾危险吗，中国人在菲律宾安全吗è)到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的(de)年(n华人在菲律宾危险吗，中国人在菲律宾安全吗ián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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