宇宙(zhòu)是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mì体校怎么考,上体校需要什么条件呢，体校需要什么条件可以考？ng)进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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