宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距(jù)离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)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个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

科(kē)学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了(le)一个三角形中线长公式是什么，中线长公式是什么原因几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力！

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