宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似馈赠的意思这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高(gāo)的(de)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)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在馈赠的意思的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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