宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对(duì)这(zhè)样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng不朽的意思)律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的(de)温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为不朽的意思了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)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(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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