宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

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据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这晋m是山西哪里的车些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才(cái)变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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