宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(定语中心语是什么意思，连接状语和中心语是什么意思shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿(yì)年之后，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(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学(xué)家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè定语中心语是什么意思，连接状语和中心语是什么意思)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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