宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们(men)在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)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。另外(wài)，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的3寸照片是几x几厘米 3寸照片是多少厘米二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量(l3寸照片是几x几厘米 3寸照片是多少厘米iàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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