宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过(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(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(唯物主义者和唯心主义者什么意思，唯心主义者是啥duō)的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物唯物主义者和唯心主义者什么意思，唯心主义者是啥质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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