宇宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮无功不受禄什么意思，无功不受禄下一句该怎么回答对方(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng无功不受禄什么意思，无功不受禄下一句该怎么回答对方)时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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