宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(蒸馒头开锅多少分钟熟透，蒸馒头开锅多少分钟熟透了xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)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(xíng)速度应该是蒸馒头开锅多少分钟熟透，蒸馒头开锅多少分钟熟透了160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落(luò)的(de)行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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