宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，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，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支(zhī)持宇空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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