宇宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的(de)形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

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除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)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标粒子所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好相反苯可以和溴水发生反应吗为什么，苯可以和溴水发生加成反应吗，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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