宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)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(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)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(dāng)天文学家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有中国一共有多少万亿钱足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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