宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)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。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiā负荆请罪的历史人物是哪位人，负荆请罪的历史故事中的主要人物是谁ng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，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(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(ná负荆请罪的历史人物是哪位人，负荆请罪的历史故事中的主要人物是谁n)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奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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