宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(保温杯一般可以用几年，保温杯一般用几年换一次yī)。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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