宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)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)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们(men)发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离(lí沪上两支花暗指谁 沪上两支花是哪两家)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)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(zài)的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致温度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不(bù)是(shì)在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng沪上两支花暗指谁 沪上两支花是哪两家)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gān沪上两支花暗指谁 沪上两支花是哪两家g)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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