宇宙是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)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(jiě)释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论框架，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)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系(xì)的解是多音字吗怎么读，解字是多音字都有什么音平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、解是多音字吗怎么读，解字是多音字都有什么音土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(d解是多音字吗怎么读，解字是多音字都有什么音āng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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