宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)辣妹是夸人还是骂人的，辣妹是夸人还是骂人的话不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学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2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观辣妹是夸人还是骂人的，辣妹是夸人还是骂人的话测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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