宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē鸢尾花怎么读拼音，鸢怎么读)理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就(鸢尾花怎么读拼音，鸢怎么读jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十(shí)种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物鸢尾花怎么读拼音，鸢怎么读(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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