宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用(yòng)则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们(men)通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhò李白《江湖行》全诗及翻译注释，李白《江湖行》全诗及翻译u)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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