宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测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)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当外国保质期日期是什么顺序 mfd是生产日期吗(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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