宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)香水闻多了会致癌吗，女士公认10大好闻的香水星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)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(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)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(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其(qí)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(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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