宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴中国飞机事故率是多少上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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