宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质(z关东煮汤底需要一天一换吗，一元一串的关东煮利润多少hì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度(dù)关东煮汤底需要一天一换吗，一元一串的关东煮利润多少比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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