宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)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(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de匚字旁的字有哪些，区字旁的字)平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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