宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上(shàng)的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么(me)来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银(yín)河系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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