宇宙(zhòu)是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)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(liàng)了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其卫生委员的职责有哪些内容，卫生委员的职责有哪些呢(qí)实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个(gè)关(guān)键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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