宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物(wù)质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的(de)相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部(bù)分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所希望的拼音是什么(suǒ)以当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很(hěn)多不同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)希望的拼音是什么望远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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