宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)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(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思(拿破仑法典的意义和基本原则是什么，拿破仑法典的意义和基本原则有哪些sī)议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的(de)距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(拿破仑法典的意义和基本原则是什么，拿破仑法典的意义和基本原则有哪些wù)质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)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)温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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