宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早绿豆汤的热量是多少大卡就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星系(xì)必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)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(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)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(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(c绿豆汤的热量是多少大卡ì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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