宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，叮当镯一般是什么材质，叮当镯为什么那么便宜当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利(lì)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(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。叮当镯一般是什么材质，叮当镯为什么那么便宜

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一(yī)项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗(àn)物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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