宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)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进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实太空浮尸三个人是谁，人死在太空中会腐烂吗际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上(sh太空浮尸三个人是谁，人死在太空中会腐烂吗àng)这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(太空浮尸三个人是谁，人死在太空中会腐烂吗liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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