宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)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(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向花王牙膏为什么那么便宜，这三种牙膏千万别再买了(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在花王牙膏为什么那么便宜，这三种牙膏千万别再买了(zài)宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的(de)实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力(lì)！

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