宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么(me)？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射(shè)电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了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(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同(tóng)的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè魔芋为什么没有热量，魔芋粉丝千万别吃多了<魔芋为什么没有热量，魔芋粉丝千万别吃多了/span>)质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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