宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

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除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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