宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(凝集素和凝集原的区别巧记，凝集原与凝集素有何区别zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(gu凝集素和凝集原的区别巧记，凝集原与凝集素有何区别ān)测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)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(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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