宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的(de)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(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

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所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出(chū)了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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