宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(sbehaviour可数吗，behaviour是可数名词吗hēng)到星(xīng)系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物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(lái)越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就behaviour可数吗，behaviour是可数名词吗(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半(bbehaviour可数吗，behaviour是可数名词吗àn)年的(de)时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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