宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星(闲游的意思 闲游的反义词是什么xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年(niá闲游的意思 闲游的反义词是什么n)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果(guǒ)，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(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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