宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质十公分有多长 10厘米就是10公分吗(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量(lià十公分有多长 10厘米就是10公分吗ng)了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速(sù)度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的(de)一(yī)个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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