宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(发现白蚁找哪个部门，白蚁防治是国家免费的fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(x发现白蚁找哪个部门，白蚁防治是国家免费的ì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似发现白蚁找哪个部门，白蚁防治是国家免费的乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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