宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是(sh偶尔带妆睡一晚没事吧，一次带妆睡一晚没事吧ì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)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)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)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(liàng)超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引偶尔带妆睡一晚没事吧，一次带妆睡一晚没事吧(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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