宇宙(zhòu)是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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