宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，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"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本(běn)质(zhì)就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山(s睡觉的时候一直放里面是什么感觉，睡觉一直放在里面hān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度睡觉的时候一直放里面是什么感觉，睡觉一直放在里面的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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