宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kō七美德分别对应哪几个天使 七美德分别是谁ng)间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称观(guān)测到(dào)了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的(de)年度(dù)信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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