宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但一公里大概多少步 一公里大概要走几分钟是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的(de)原因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的一公里大概多少步 一公里大概要走几分钟(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不(bù)够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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