宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要(yào)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(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的(de)力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能反映问题还是反应问题，反应问题和反映问题有什么区别和联系够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数(shù)十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际反映问题还是反应问题，反应问题和反映问题有什么区别和联系的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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