宇宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(d1克拉等于多少毫克 1克拉等于多少CTòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这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)解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也(yě)可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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