宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某种(每天晚上都要弄我，天天晚上想弄我怎么办zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对(duì)这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不(bù)是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色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，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大(dà)的(de)地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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