宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正(zhè北京亦庄开发区属于哪个区的 北京亦庄是几环ng)在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很可能就北京亦庄开发区属于哪个区的 北京亦庄是几环(jiù)是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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