宇宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测整天吵架的婚姻还能继续下去吗，夫妻超过三条迟早离婚量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数(sh整天吵架的婚姻还能继续下去吗，夫妻超过三条迟早离婚ù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)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(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大(dà)利(lì)游客(kè)的(de)数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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