宇宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(d世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多à)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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