宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着(zhe)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(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多(duō)不同(tóng)的(de)观(guān)测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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