宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小千帆竞发的意思是什么意思，千帆竞发下一句是什么差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差(chà)异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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