宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

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于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的(de)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(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

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自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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