宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，双曲线虚轴的位置，双曲线虚轴有什么意义几乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前(qián)景背景分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份双曲线虚轴的位置，双曲线虚轴有什么意义的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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