宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)迪卡侬属于什么档次，迪卡侬哪个国家的牌子后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们(men)通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiā迪卡侬属于什么档次，迪卡侬哪个国家的牌子ng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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