宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(ch0是有理数吗还是无理数，0是有理数吗？判断题0是有理数吗还是无理数，0是有理数吗？判断题āo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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