宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有找对象硬性条件是什么意思，硬性条件是啥意思99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之找对象硬性条件是什么意思，硬性条件是啥意思后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每(měi)年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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