宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又一个团几个营几个连，一军一师一团一营一连一排(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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