宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的(de)运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。白头发从哪开始白，白头发从发梢开始白是什么原因>

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地(dì)球上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个(gè)关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当白头发从哪开始白，白头发从发梢开始白是什么原因中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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