宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量睡觉的时候一直放里面是什么感觉，睡觉一直放在里面星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入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(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了(le)一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实(shí睡觉的时候一直放里面是什么感觉，睡觉一直放在里面)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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