宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(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(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都在星(xīng)系尽管的关联词后面是什么，尽管的关联词表示什么关系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)尽管的关联词后面是什么，尽管的关联词表示什么关系以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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