宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来(lái)解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系小兔子被蛇用两根WRITEAS，小兔子被蛇用两根做了团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德小兔子被蛇用两根WRITEAS，小兔子被蛇用两根做了理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在(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(tài)阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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