宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。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(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的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(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它(tā)的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)春夏秋冬春为首下联是什么，春夏秋冬春为首下联怎么对之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出(chū)了数(shù)十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(春夏秋冬春为首下联是什么，春夏秋冬春为首下联怎么对yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的(de)周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是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(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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