宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出(chū)现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，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(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(r莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗ào)太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕(莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗rào)银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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