宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测(复活的作者是谁，复活的作者是谁cè)器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物复活的作者是谁，复活的作者是谁理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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