宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的(de)光度(dù)。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是《风起陇西》讲述了什么故事，《风起陇西》讲述了什么故事情节从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低《风起陇西》讲述了什么故事，《风起陇西》讲述了什么故事情节。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提(tí)取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

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(tóng)的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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