宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自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(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一刽子手，刽子手念gui还是念kuai读音(yī)项新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhà刽子手，刽子手念gui还是念kuai读音o)片中我们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上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(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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