宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗kj完是吞了还是吐了知乎，kj是不是很恶心物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)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(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)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(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)kj完是吞了还是吐了知乎，kj是不是很恶心清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而(ér)在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力(lì)！

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