宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十(s遥控蝴蝶是什么样的，遥控蝴蝶的作用hí)年(nián)当中进行了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心(xīn遥控蝴蝶是什么样的，遥控蝴蝶的作用)越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗物质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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