宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过什(shén)么来验证它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法小兔子被蛇用两根WRITEAS，小兔子被蛇用两根做了就是(shì)当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn小兔子被蛇用两根WRITEAS，小兔子被蛇用两根做了)分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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