宇宙是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一(yī)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，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

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除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的(de)第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存木梳子是桃木好还是檀木好，木梳子是桃木好还是檀木好呢不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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