宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

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于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，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的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6中戏明星有哪些明星，中戏明星有哪些名单月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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