宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星世态炎凉是什么意思，人心冷暖世态炎凉下一句是什么(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的(de)年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的世态炎凉是什么意思，人心冷暖世态炎凉下一句是什么运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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