宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际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(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)一个立一个羽念什么字以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(一个立一个羽念什么字bù)会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)一个立一个羽念什么字在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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