宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)10根虫草泡8斤酒合适吗，一斤酒放多少冬虫夏草泡合适应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)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(yú)银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)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(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(d10根虫草泡8斤酒合适吗，一斤酒放多少冬虫夏草泡合适āng)中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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