宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的(de)运动速汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市度。当测量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质(zhì)汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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