宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却(què)没(méi)有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中(z知道直径怎么求圆的周长公式，直径乘以3.14是周长吗hōng)的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地(dì)球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出(chū)了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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