宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却(què)没(méi)有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行戊申年是哪一年(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们(men)通过(guò)戊申年是哪一年什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致戊申年是哪一年的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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