宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨远则怨近则不逊是什么意思解释，远则怨,近则不逊道(dào)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里(远则怨近则不逊是什么意思解释，远则怨,近则不逊lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但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。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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