宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系团观(guān)测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。热忱用来形容什么词，热忱用来形容什么事物

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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