宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动91是质数吗，95是质数吗学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也(yě91是质数吗，95是质数吗)不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，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(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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