宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现在的(文章真实身高，文章个人资料简介de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测文章真实身高，文章个人资料简介的结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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