宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)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(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)但使龙城飞将在,不教胡马渡阴山的意思是什么，但使龙城飞将在不教胡马渡阴山的意思，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号的差(chà)异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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