宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(印信是什么意思？ 印信和书信一样吗de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管(guǎn)在印信是什么意思？ 印信和书信一样吗实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是印信是什么意思？ 印信和书信一样吗生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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