宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的(de团费收缴标准是多少钱，团费收缴标准是多少钱一个月)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(z团费收缴标准是多少钱，团费收缴标准是多少钱一个月hì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā团费收缴标准是多少钱，团费收缴标准是多少钱一个月)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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