宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系(xì)不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在闲游的意思 闲游的反义词是什么(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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