宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情鳄雀鳝危害有多大，鳄雀鳝的最大克星就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用(yòng)一种鳄雀鳝危害有多大，鳄雀鳝的最大克星相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了鳄雀鳝危害有多大，鳄雀鳝的最大克星距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么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(zhǒng)我们看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多，但是星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观(guān)测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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