宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们(men)却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这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(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)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(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可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(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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