宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王远则怨近则不逊是什么意思解释，远则怨,近则不逊(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使远则怨近则不逊是什么意思解释，远则怨,近则不逊用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的(de)大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)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(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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