宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？)力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的(de)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(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)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(gōng)的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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