宇宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区可怜天下父母心的全诗的意思，可怜天下父母心的意思(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zh可怜天下父母心的全诗的意思，可怜天下父母心的意思ōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个(gè)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(rén)员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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