宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离(l共享充电宝最高1小时10元，共享充电宝怎么申请投放í)析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年(nián)都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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