宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jweather可数吗感叹句，a bad weather可数吗iù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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