宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一(yī)次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力(l先公四岁而孤全文翻译及注释，先公四岁而孤全文翻译答案ì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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