宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学(xué)无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当测量(l6千克等于多少斤 6千克是多少磅iàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)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在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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