宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也未来出现丧尸的几率大吗，未来有可能出现丧尸吗不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)未来出现丧尸的几率大吗，未来有可能出现丧尸吗到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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