宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的(d碾压与辗轧的区别是什么，辗轧与碾压有什么区别e)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要(yào)的(de)实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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