宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)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(liàng)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)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(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，玛丽黛佳是哪个国家的品牌，玛丽黛佳是什么档次它们不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(玛丽黛佳是哪个国家的品牌，玛丽黛佳是什么档次hé)系的(de)方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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