宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种写照的意思 写照是什么词性隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)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(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间(jiān写照的意思 写照是什么词性)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)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)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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