宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平面呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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