宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占两斤大概有多重参照物，2斤有多重？据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在两斤大概有多重参照物，2斤有多重？不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以两斤大概有多重参照物，2斤有多重？(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)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(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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