宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说junk food 可数吗，junk food是单数还是复数这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shìjunk food 可数吗，junk food是单数还是复数)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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