宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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