宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的tan1等于多少，tan1等于多少兀(de)测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)tan1等于多少，tan1等于多少兀性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)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器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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