宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)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(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(z冯石原型人物是谁 冯石陆光达原型hóu)上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现(xi冯石原型人物是谁 冯石陆光达原型àn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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