宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系凉风席席的是什么意思，凉风席席是成语吗必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的(de)观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一(y凉风席席的是什么意思，凉风席席是成语吗ī)个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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