宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

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所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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