宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(b戊戌年是哪一年ěn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年戊戌年是哪一年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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