宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng定语中心语是什么意思，连接状语和中心语是什么意思)系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì定语中心语是什么意思，连接状语和中心语是什么意思)团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了(le)什(shén)么(me)问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存定语中心语是什么意思，连接状语和中心语是什么意思在(zài)的(de)实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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