宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科笑颜如花和笑靥如花有什么区别呢，笑靥如花还是笑颜如花学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物笑颜如花和笑靥如花有什么区别呢，笑靥如花还是笑颜如花(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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