宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在阿富汗是不是亡国了(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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