宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)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(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速enjoy可数吗，joy可不可数度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过(genjoy可数吗，joy可不可数uò)什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)enjoy可数吗，joy可不可数是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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