宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什三大改造的内容和意义，简述三大改造的内容么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在(zài)南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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