宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做A至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人呢，至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人的称号gc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特(至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人呢，至圣指儒家哪位代表人物是哪位圣人的称号tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(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外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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