宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)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(lì)量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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