宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出水密码这个牌子靠谱吗，水密码这个牌子怎么样了这样部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)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(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实(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(tàn)测器(qì)，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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