宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

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

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这酒精灯火焰温度是多少度，酒精灯火焰温度范围是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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