宇宙是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是(shì)测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的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比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实(shí)验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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