宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我为什么复兴号很少人买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。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，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。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)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议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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