宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道，云南有哪几个市 云南是几线城市周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围。

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

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可(kě)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部分的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)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(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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