宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

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

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这索尼是哪个国家的品牌，索尼是哪个公司的个词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是索尼是哪个国家的品牌，索尼是哪个公司的可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可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(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们索尼是哪个国家的品牌，索尼是哪个公司的需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了(le)数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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