宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要美女脱了个精光露出奶囗和尿囗快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标美女脱了个精光露出奶囗和尿囗准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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