宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一(yī)般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心一切后果自负是什么意思，不然后果自负是什么意思越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(一切后果自负是什么意思，不然后果自负是什么意思wù)质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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