宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿观音山上观山水下联是什么，观音山有下联了获奖名单的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系观音山上观山水下联是什么，观音山有下联了获奖名单团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)其他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要观音山上观山水下联是什么，观音山有下联了获奖名单寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动(dòng)力(lì)！

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