宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观(guān)测到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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