宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的(de梭子蟹什么时候上市，舟山梭子蟹什么时候上市)巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。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(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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