宇宙是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒ一个男的长期不碰他老婆是什么原因u)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中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。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行一个男的长期不碰他老婆是什么原因了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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