宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够全(quán)面，引力很(悲痛和悲恸的区别在哪，比悲伤更高级的词hěn)可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(悲痛和悲恸的区别在哪，比悲伤更高级的词zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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