宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威junk food 可数吗，junk food是单数还是复数基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)junk food 可数吗，junk food是单数还是复数开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(junk food 可数吗，junk food是单数还是复数ér)且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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