宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)siki老师是哪个大学的？恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它siki老师是哪个大学的？的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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