宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是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轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)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(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)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进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在廉贞是什么意思，廉贞七杀是什么意思6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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