宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见光的(de)形式所存在(zài)，我们无(wú)法(1分米等于多少米，1分米等于多少米厘米fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一1分米等于多少米，1分米等于多少米厘米(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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