宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)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(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们(men)通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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