宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距生乎吾前其闻道也固先乎吾翻译句式，生乎吾前其闻道也固先乎吾翻译成现代汉语离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第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(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要(生乎吾前其闻道也固先乎吾翻译句式，生乎吾前其闻道也固先乎吾翻译成现代汉语yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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