宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部(bù)场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)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(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们(men)不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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