宇宙(zhòu)是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测(cè)量速度的过程小学六种说明方法及作用，六种说明方法及作用(简短)中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发(fā)现了一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的(de)理(lǐ小学六种说明方法及作用，六种说明方法及作用(简短))解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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