宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部(bù)场效(xiào)应的泰国相当于中国的哪个省，泰国等于中国哪个省(de)概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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