宇宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一(yī)个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现学生党如何自W，14没有工具怎么自w到高c星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要(yào)对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗(à学生党如何自W，14没有工具怎么自w到高cn)物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的动力(lì)！

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