宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又有(猎德村一人分了多少钱，猎德村多少钱一方yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什(shén)么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)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(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(猎德村一人分了多少钱，猎德村多少钱一方hé)系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究人员们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了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，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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