宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，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/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们(men)可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù区别词和形容词的异同举例，区别词和形容词的异同点)以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)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！

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