宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或(huò)者是(shì)星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)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(xīn)的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(y你有一双会说话的眼睛什么歌曲 你有一双会说话的眼睛是谁唱的ǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(你有一双会说话的眼睛什么歌曲 你有一双会说话的眼睛是谁唱的yì)大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目(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)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新的(de)动力！

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