宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的(de)距(jù)离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认(rèn)为身份证号码150开头是哪里的，身份证号150开头的是哪里的(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)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(lùn)证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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