宇宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测美女脱了个精光露出奶囗和尿囗到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的(de)运(yùn)动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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