宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，戴自动蝴蝶去上班感受，带自动蝴蝶去上班这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一(yī)个(gè)重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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