宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)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一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和(hé)力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

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径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(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时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一(yī)个(gè)实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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