宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅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在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周期五斤等于多少克，五斤等于多少克千克(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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