宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底(dǐ)是(shì)不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域(yù)并不是(shì)在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè偷吃别人的屎犯法吗，偷吃别人的屎违法吗)就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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