宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验证它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

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除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡15min什么意思多少分钟，15min等于多少分钟，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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