宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实公交车被C这才几天没做水，s货你是不是欠c了公交车站际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán公交车被C这才几天没做水，s货你是不是欠c了公交车站)因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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