宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的(de)过程(ché张柏芝第三胎和谁生的，张柏芝第三胎和谁生的是谢贤吗ng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方(fāng)向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(s张柏芝第三胎和谁生的，张柏芝第三胎和谁生的是谢贤吗ī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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