宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的张镇风现在干嘛呢张镇风现状简介，张镇风现在在干嘛尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体张镇风现在干嘛呢张镇风现状简介，张镇风现在在干嘛(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的(de)望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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