宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)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(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将卸妆水直接用手弄行吗，卸妆水可以直接涂到脸上吗(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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