宇宙(zhòu)是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wà身临其境是什么意思的临，身临其境是什么意思呢原意是什么i)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)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进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的(de)用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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