宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系(x金允智致命之旅演的谁ì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过什(shén)么(me)来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区(qū)域(yù)到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)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(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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