宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星(xīng华夏儿女指什么意思，华夏儿女是啥意思)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它(t华夏儿女指什么意思，华夏儿女是啥意思ā)们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)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(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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