宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的(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，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学(xu关于团结就是力量的名人素材事例，关于团结的名人素材事例有哪些é)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)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(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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