宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相对庸人自扰之前一句意思是什么天下本无事，世上本无事庸人自扰之是什么意思标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了(le)一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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