宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没(méi)有发(fā)现任何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成(ch朱子家训是谁写的 朱子家训的作者是谁éng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(朱子家训是谁写的 朱子家训的作者是谁yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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