宇宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导(氧化铁和稀盐酸反应现象及方程式，氧化铁和稀盐酸反应现象原因dǎo)致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实(shí)验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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