宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律贵妇膏晚上可以涂着睡觉吗，贵妇膏晚上用还是白天用进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这(zhè)些现象的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这贵妇膏晚上可以涂着睡觉吗，贵妇膏晚上用还是白天用个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同的(de)观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的(de)差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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