宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运(y说一个人不上道是什么意思，不上道是什么意思？ùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在(zài)的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的说一个人不上道是什么意思，不上道是什么意思？区(qū)域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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