宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅each of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的(de)光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，each of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离后的(de)二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)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(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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