宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)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和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外马美如简介围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产(马美如简介chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳马美如简介的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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