宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异九龙司是哪里？。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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