宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团的(de)质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定(dìng相遇时间的公式 相遇时间怎么求)律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ相遇时间的公式 相遇时间怎么求)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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