宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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