宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的(de)有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和(hé)力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ发现白蚁找哪个部门，白蚁防治是国家免费的)度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是发现白蚁找哪个部门，白蚁防治是国家免费的集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一发现白蚁找哪个部门，白蚁防治是国家免费的致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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