宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的(de)速(sù)度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的(de)结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团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(de)理论证(zhèng)据。

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除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dā句读之不知是什么句式类型，句读之不知是什么句式的意思ng)中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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