宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

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

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的(de)各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行(美国管得了比尔盖茨吗xíng)速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对美国管得了比尔盖茨吗标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什美国管得了比尔盖茨吗么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)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(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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