宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系(xì)的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量(liàng)来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)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(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也cos2x等于多少二倍角公式，cos2x等于多少公式可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)cos2x等于多少二倍角公式，cos2x等于多少公式镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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