宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)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(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质(感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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