宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证据，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)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(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的(de)旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出(关东煮汤底需要一天一换吗，一元一串的关东煮利润多少chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这(zhè)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)问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的(de)观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化(huà)的(de)一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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