宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，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)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tó病娇是什么意思，病娇是什么意思呀网络用语ng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了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(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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