宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了(le)海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还(hái)发(fā)现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū古代诗人称号大全全部，古代诗人称号大全诗圣诗仙等)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

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径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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