宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人大闸蟹几月份开始上市，大闸蟹几月份最好吃们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)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(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着(大闸蟹几月份开始上市，大闸蟹几月份最好吃zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)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(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化(huà)的一(yī)个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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