宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中(zh等不及了在车上就弄到了高c，在车上迫不及待ōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(等不及了在车上就弄到了高c，在车上迫不及待shì)由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系(xì)的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什(shén)么(me)来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力(lì)！

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