宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到我国的全民国家教育日是哪一天 我国法定全民国教育日两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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