宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

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据(jù)此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(dua5a6b5b6纸尺寸对比，a5b6纸多大ì)前(qián)景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如(a5a6b5b6纸尺寸对比，a5b6纸多大rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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