宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜(jìn浙k是浙江哪个城市的g)效应。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

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除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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