宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在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(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可(kě)见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学家们(men)通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)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)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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