宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的(de)存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的(de)除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)剪子股儿和籰子的意思是什么，剪子股儿是什么框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了(le)数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(剪子股儿和籰子的意思是什么，剪子股儿是什么fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的(de)非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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