宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

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

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外(wài)了(le)，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却km是公里吗，1km等于多少公里占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量(liàng)占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力！

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