宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没嫦娥五号发射时间地点在哪 嫦娥五号还在工作吗(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射(shè嫦娥五号发射时间地点在哪 嫦娥五号还在工作吗)。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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