宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)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(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)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，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(1lb等于多少斤kg，10lb等于多少斤de)质量区(qū)域到底是不(bù)是集(jí)中在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振(zhèn)荡1lb等于多少斤kg，10lb等于多少斤，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的(de1lb等于多少斤kg，10lb等于多少斤)周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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