宇宙(zhòu)是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质(zhì)量的范围(wéi)。

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

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质(保温杯突然间不保温了是什么原因呢，保温杯突然间不保温了是什么原因呢zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据保温杯突然间不保温了是什么原因呢，保温杯突然间不保温了是什么原因呢(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们(men)也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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