宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

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

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远(yu重孙子又叫什么，重孙的孙子叫什么ǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(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(shè)的测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同重孙子又叫什么，重孙的孙子叫什么，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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