宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系团一方水等于多少吨水，一方水等于多少吨水之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)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，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗(àn)物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需一方水等于多少吨水，一方水等于多少吨水(xū)要的(de)实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生(shēng)命(mìng)进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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