宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的(de)天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过爪zhua跟爪zhao的区别组词，爪zhua跟爪zhao的区别图解程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距(j爪zhua跟爪zhao的区别组词，爪zhua跟爪zhao的区别图解ù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么(me)问题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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