宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)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(xué)原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测(cè)量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的树荫和树阴的区别读音，树荫和树阴的区别树成荫是哪个阴(de)详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不同的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也(yě)符合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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