宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运(yùn)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(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧升高(gāo)，速适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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