宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之间会(huì)产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yyue是什么意思网络用语，乐是什么意思网络用语ǔ)常规物质相互作用(yòng)yue是什么意思网络用语，乐是什么意思网络用语的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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