宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的(de)质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的(de)其(qí)他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第0082是哪个国家区号呢，0081是哪个国家区号一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相(xiāng)0082是哪个国家区号呢，0081是哪个国家区号同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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