宇宙是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在(zài)一美甲建构是什么意思，语言建构是什么意思起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)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(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们(men)却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千(qiān)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(gè)实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么(me)来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中(zhōng)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片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

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自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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