宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是(shì)集(jí)中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(放在里面睡一晚是什么感受，放里面睡觉是什么样的感受de)幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到放在里面睡一晚是什么感受，放里面睡觉是什么样的感受这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)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，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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