宇宙(zhòu)是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，敷面膜前要擦水和乳液吗，正确的护肤顺序七步或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(敷面膜前要擦水和乳液吗，正确的护肤顺序七步sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支(zhī)持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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