宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)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域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng云南属于南方还是北方，云南属于南方还是北方人)中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的(de)信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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