宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人(rén)类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎ曹冲称象的故事说明了什么科学道理，曹冲称象这个故事告诉我们什么道理n)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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