宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有(y22寸是多少厘米ǒu)银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个(gè)实(shí)验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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