宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结(天门中断楚江开的楚江指的是什么意思，天门中断楚江开的楚江指的是什么风景名胜jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们(men)通过(guò)什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增(zēn天门中断楚江开的楚江指的是什么意思，天门中断楚江开的楚江指的是什么风景名胜g)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后(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能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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