宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)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(lái)解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是(shì)星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(平凡的世界主要内容概括简短，平凡的世界主要内容50字de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不平凡的世界主要内容概括简短，平凡的世界主要内容50字参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力！

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