宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

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1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xicac2制取c2h2，cac2形成过程电子式ē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)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(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么(me)来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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