宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们略备薄酒的意思下一句，略备薄酒的读音上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们(m略备薄酒的意思下一句，略备薄酒的读音en)可以明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科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)。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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