宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhò张含韵当年发生了什么事，张含韵以前发生什么事u)微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(张含韵当年发生了什么事，张含韵以前发生什么事zhè)些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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