宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对(duì)这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚(为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互作为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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