宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质(zh佛教肉莲是什么ì)量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式(shì)运(yùn)动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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