宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的(de)结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一(yī)斯文败类是什么意思网络用语，斯文败类是什么意思网络用语怎么说项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

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所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的(de)一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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