宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥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(dàn)是(shì)这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的(de)方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)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(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(妥否的意思是什么，妥否的用法mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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