宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速(sù)度的过(guò)程(ché寿眉是最差的白茶吗，寿眉是什么档次的茶ng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是(shì)他(tā)们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)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(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观(guān)测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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