宇宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规(guī)独肖有哪几个律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪独肖有哪几个器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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