宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)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是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解十公分有多长 10厘米就是10公分吗释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的(de)实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是(shì)十公分有多长 10厘米就是10公分吗探(tàn)索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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