宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在(zài)恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，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(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhec42排列组合公式怎么算，A42排列组合公式)地球(qiú)上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

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自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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