宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是(shì)测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的4国v是不是国5，国v与国vl的区别00倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理(lǐ)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(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落(luò)的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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