宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨(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(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温古巴人口和面积是多少，古巴多大面积和人口度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何(hé)实质性(xìng)的(de)发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那(古巴人口和面积是多少，古巴多大面积和人口nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他的(de)情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的10古巴人口和面积是多少，古巴多大面积和人口0倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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