宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围(wéi)。

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(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行修正(zh俄罗斯会被美国耗死吗，俄罗斯会被美国搞垮吗èng)，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个(gè俄罗斯会被美国耗死吗，俄罗斯会被美国搞垮吗)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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