宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

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

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指的是有白头发染什么颜色好，有白头发染什么颜色好看在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)有白头发染什么颜色好，有白头发染什么颜色好看现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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