宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出了这什么叫人文关怀，人文关怀体现在哪些方面样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一(yī)项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，什么叫人文关怀，人文关怀体现在哪些方面按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力什么叫人文关怀，人文关怀体现在哪些方面透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)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(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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