宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(l涂指甲油之前要涂护甲油吗，涂指甲油之前要涂护甲油吗e)这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银(yín)河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着涂指甲油之前要涂护甲油吗，涂指甲油之前要涂护甲油吗暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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