宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)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1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí辛追夫人是谁的夫人，辛追夫人是谁的母亲)星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)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(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的(de)，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度辛追夫人是谁的夫人，辛追夫人是谁的母亲的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)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贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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