宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的(de)其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇3寸照片是几x几厘米 3寸照片是多少厘米宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)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(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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