宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ丁二醇和丙二醇是不是酒精)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(z丁二醇和丙二醇是不是酒精ài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、丁二醇和丙二醇是不是酒精土壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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