宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星(萍乡市是哪个省，萍乡市是哪个省的城市xīng)系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)萍乡市是哪个省，萍乡市是哪个省的城市到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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