宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的(de)发奋还是发愤读书啊，发奋还是发愤图强自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)发奋还是发愤读书啊，发奋还是发愤图强球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的(de)周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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