宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了(le)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)现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(y最灿烂的烟火总是先坠落是什么歌，最灿烂的烟火总是先坠落是什么歌的歌词ī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要(yào)因素。最灿烂的烟火总是先坠落是什么歌，最灿烂的烟火总是先坠落是什么歌的歌词

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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