宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)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)年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人呢，至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人的称号了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当(至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人呢，至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人的称号dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)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(cún)在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的(de)质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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