宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万(wàn)有引力(lì)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(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般(bān)会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)ln的公式大全，ln4-ln2等于多少质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区(qū)域(yù)，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

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除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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