宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记(j双修是指什么意思，双修是怎么进行的ì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围(wé双修是指什么意思，双修是怎么进行的i)绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的(de)时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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