宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么遍手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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