宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)翡翠手镯用紫光照为什么会有荧光，翡翠镯子太阳光下有紫色荧光系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们翡翠手镯用紫光照为什么会有荧光，翡翠镯子太阳光下有紫色荧光不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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