宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的(de)速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了(粤西是指什么地方le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēn粤西是指什么地方g)称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的(de)一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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