宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。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(s我的贤内助是什么意思，贤内助是什么意思啊hì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并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(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无(wú)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之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿(kuàng)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(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物(w我的贤内助是什么意思，贤内助是什么意思啊ù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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