宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)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(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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