宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的一睹人间盛世颜 远赴人间惊鸿宴全诗，远赴人间惊鸿宴全诗作者轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗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)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)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(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的(de)情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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