宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到未来出现丧尸的几率大吗，未来有可能出现丧尸吗(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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