宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”非常漂亮英文怎么写单词，非常漂亮英文怎么写怎么读竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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