宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维发奋还是发愤读书啊，发奋还是发愤图强耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互(hù)作用，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

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除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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