宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的(de)结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(外公总是在妈妈身上睡觉好吗，外公在妈妈身上做什么tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)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。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移外公总是在妈妈身上睡觉好吗，外公在妈妈身上做什么动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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