宇宙是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是应用万至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人呢，至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人的称号有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的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(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēn至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人呢，至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人的称号g)离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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