宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。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)暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域(yù)并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们(men)所观(guān)测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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