宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)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(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí部门经理大还是总监大，部门经理大还是总监大些)兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(su部门经理大还是总监大，部门经理大还是总监大些ǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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