宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们(men)观测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

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于是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大tan1等于多少，tan1等于多少兀小和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先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(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观tan1等于多少，tan1等于多少兀测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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