宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)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)定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经提(t几十块钱的阿富汗玉是真的吗í)出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测几十块钱的阿富汗玉是真的吗器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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