宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

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

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，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。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果(gu奥巴马对中国友好么，奥巴马对中国关系ǒ)却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(奥巴马对中国友好么，奥巴马对中国关系fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

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所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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