宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

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

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)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理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)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(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)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)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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