宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，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(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的(de)另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)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，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

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除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(流量是gb大还是mb大，gb和mb谁大一点shí)验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能(néng)有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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