宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(汉语拼音u在什么时候上面加两点，拼音里的u什么时候加点dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系(xì)的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对(duì)其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效应的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人汉语拼音u在什么时候上面加两点，拼音里的u什么时候加点们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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