宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，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(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

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自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意(y怎敢误佳人的前一句是什么意思，两袖清风怎敢误佳人下一句怎么接ì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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