宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一(yī)个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是(shì扶大厦之将倾全诗解释，扶大厦之将倾 挽狂澜于既倒原文)，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域扶大厦之将倾全诗解释，扶大厦之将倾 挽狂澜于既倒原文，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月扶大厦之将倾全诗解释，扶大厦之将倾 挽狂澜于既倒原文份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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