宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的(de)详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快(Medical staff可数吗，stuffkuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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