宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做A几天不见怎么这么湿，没过几天就湿成那样了gc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其(qí)他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度几天不见怎么这么湿，没过几天就湿成那样了的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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