宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

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(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们(men)看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通(t逆天邪神为什么不更新了 逆天邪神是什么时候开始写的ōng)过了这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

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自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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