宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加速偶尔带妆睡一晚没事吧，一次带妆睡一晚没事吧度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现偶尔带妆睡一晚没事吧，一次带妆睡一晚没事吧象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们(men)大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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