宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在的(de)物理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力钢琴里面小快板的速度是多少，钢琴中小快板是什么意思，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在钢琴里面小快板的速度是多少，钢琴中小快板是什么意思(zài)宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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