宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该读西的字有哪些，读喜的字有哪些是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳(yáng读西的字有哪些，读喜的字有哪些)环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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