宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在(zài)的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些朝受命夕饮冰出处，朝受命夕饮冰昼无为夜难眠什么意思发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

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径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)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，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了(le)很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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