宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使现实中有和自己儿子的吗，有多少给过自己的儿子用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，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(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文现实中有和自己儿子的吗，有多少给过自己的儿子学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量现实中有和自己儿子的吗，有多少给过自己的儿子也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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