宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力府试院试乡试会试殿试顺序，院试乡试会试殿试顺序记忆口诀量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不(bù府试院试乡试会试殿试顺序，院试乡试会试殿试顺序记忆口诀)同的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi府试院试乡试会试殿试顺序，院试乡试会试殿试顺序记忆口诀)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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