宇宙是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)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，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的(de)方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中1克拉等于多少毫克 1克拉等于多少CT第一张全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时1克拉等于多少毫克 1克拉等于多少CT段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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