宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(随遇而安下一句是什么意思，顺其自然随遇而安下一句是什么wàn)年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十随遇而安下一句是什么意思，顺其自然随遇而安下一句是什么种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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