宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的质量在办公室做剧烈运动，卫生间做剧烈运动占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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