宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之(zhī)间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在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(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。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河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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