宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)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后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了(le)距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīnmany的比较级和最高级怎么写，much的比较级和最高级)为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，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(dāng)于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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