宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是(shì)星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这一声不吭的意思是什么，一声不吭的意思和造句种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)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光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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