宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正(zhèng)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(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物1兆欧等于多少千欧，1兆欧等于多少欧姆单位换算质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降1兆欧等于多少千欧，1兆欧等于多少欧姆单位换算到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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