宇宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de事出有因必有妖下一句怎么回，事出反常必有妖,人若反常必有刀,言不由衷定有鬼)旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的(de)二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度事出有因必有妖下一句怎么回，事出反常必有妖,人若反常必有刀,言不由衷定有鬼会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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