宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(小说中反复的作用和表达效果，反复的作用和表达效果答题格式men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所观(guān)测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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