宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数(shù)百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下(xià)了各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来(反骨是什么意思 反骨是叛逆的意思吗lái)不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意(y反骨是什么意思 反骨是叛逆的意思吗ì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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