宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)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)，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特罗锅上山是什么意思，罗锅上山样子图片在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(z罗锅上山是什么意思，罗锅上山样子图片ài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，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)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研(yán)究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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