宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的(de)发(fā)现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)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，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着银河系(xì)进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的(de)速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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