宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这阿富汗是哪一年灭亡的些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)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质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以100阿富汗是哪一年灭亡的0万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。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。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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