宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存在着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是再婚的家庭一般过得好不好，再婚的家庭一般过得好不好生活可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōn再婚的家庭一般过得好不好，再婚的家庭一般过得好不好生活g)结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的(de)发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一(yī)个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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