宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们(men)在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)日本比中国富裕吗，日本富裕还是中国富裕迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)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(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

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自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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