宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng美甲建构是什么意思，语言建构是什么意思)外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(美甲建构是什么意思，语言建构是什么意思yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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