宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王(龙有几个爪 龙有两个根吗wáng)星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方法龙有几个爪 龙有两个根吗，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实(shí)验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪(yí)器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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