宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都相遇时间的公式 相遇时间怎么求(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(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，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)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)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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