宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据精益求精下一句是什么意思，精益求精下一句是什么德着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系(xì)中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系(xì)和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的(de)方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)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(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn精益求精下一句是什么意思，精益求精下一句是什么德)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥(hǔ)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(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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