宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)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(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除耐克品牌和乔丹品牌是什么关系非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入其(qí)中。

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于是科学家们(men)通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星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(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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