宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)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(rú)果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力(lì)学定律来解释(shì)的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng阿富汗改名现在叫什么)一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则(zé)是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上阿富汗改名现在叫什么的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边(biān)形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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