宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短有引力(lì)效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单(dān)的(de)理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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