宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三悬(鸭绒被好还是鹅绒被好，鹅绒被最大的缺点xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差(chà鸭绒被好还是鹅绒被好，鹅绒被最大的缺点)异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之(zhī)间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银(yín)河(hé)系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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