宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要糯糯是什么意思，糯糯的说一句什么意思的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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