宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快kj完是吞了还是吐了知乎，kj是不是很恶心得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人(rén)们(men)对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大的(de)地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

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(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建(jikj完是吞了还是吐了知乎，kj是不是很恶心e-height: 24px;'>kj完是吞了还是吐了知乎，kj是不是很恶心àn)立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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