宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质(zhì)量很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通(tōng很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短)域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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