宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。赓续前行是什么意思，赓续前进的意思比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体(赓续前行是什么意思，赓续前进的意思tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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