宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)熊二变成僵尸了，光头强被僵尸咬了座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气熊二变成僵尸了，光头强被僵尸咬了体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的熊二变成僵尸了，光头强被僵尸咬了科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)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(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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