宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红(我们人类属于什么动物，人类属于什么动物门hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就是人(rén)类对引力(lì)的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在(zài)星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较我们人类属于什么动物，人类属于什么动物门高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)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(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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