宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星结婚以后他那个越来越大了在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。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(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发结婚以后他那个越来越大了(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号结婚以后他那个越来越大了(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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