宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照(zhào)我们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还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(zhī)后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)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(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)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(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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