宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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