宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测(cè)量速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de乡字用五笔怎么打出来，乡字五笔怎么打法)恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物(wù)质(zhì)和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DA乡字用五笔怎么打出来，乡字五笔怎么打法MA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗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久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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