宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事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在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离香港割让是什么条约谁签字，香港割让是什么条约多少年的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一(yī)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，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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