宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)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(zài)的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对观音山上观山水下联是什么，观音山有下联了获奖名单彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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