宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(有白头发染什么颜色好，有白头发染什么颜色好看jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)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(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)有白头发染什么颜色好，有白头发染什么颜色好看质(zhì)会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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