宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出一个立一个羽念什么字，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出了(le)数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的(de)季(jì)节(jié)与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(s一个立一个羽念什么字hí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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