宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体纯棉和内裤莫代尔的哪个好，纯棉和内裤莫代尔有什么不同被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的纯棉和内裤莫代尔的哪个好，纯棉和内裤莫代尔有什么不同发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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