宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的(de)力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同(t张弛有度下一句是什么意思，张弛有度下一句是什么歇后语óng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(l张弛有度下一句是什么意思，张弛有度下一句是什么歇后语ùn)所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(sh张弛有度下一句是什么意思，张弛有度下一句是什么歇后语í)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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