宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过去的(de)几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zà戊申年是哪一年i)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(戊申年是哪一年bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高戊申年是哪一年的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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