宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)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(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天机要邮寄档案怎么查询进度，机要邮寄档案怎么查询信息(tiān)体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

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据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它(tā)的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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