宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他标准大气压和常温常压，常温下的标准大气压们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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