宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)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(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MO带自动蝴蝶去上班感受，有用蝴蝶上班的吗ND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星带自动蝴蝶去上班感受，有用蝴蝶上班的吗系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù带自动蝴蝶去上班感受，有用蝴蝶上班的吗)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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