宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了(le)什(sh100ml酒是几两，100ml小酒瓶是几两height: 24px;'>100ml酒是几两，100ml小酒瓶是几两én)么问(wèn)题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zh100ml酒是几两，100ml小酒瓶是几两ōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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