宇宙是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质腰围63是多少尺码，腰围63是多大尺码量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的(de)第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周期腰围63是多少尺码，腰围63是多大尺码性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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