宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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