宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的(de)时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)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(dào)星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学(xué)家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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