宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们(men)需(xū)要(yào)对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质存在的(de)猎德村一人分了多少钱，猎德村多少钱一方其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是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(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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