宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的(de2尺1腰围是多少厘米，2尺腰围是多少厘米)质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧2尺1腰围是多少厘米，2尺腰围是多少厘米升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力2尺1腰围是多少厘米，2尺腰围是多少厘米透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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