宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到心力憔悴是什么意思，心力憔悴是成语吗(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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