宇宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人(rén)们对这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通过什么保温杯突然间不保温了是什么原因呢，保温杯突然间不保温了是什么原因呢来验(yàn)证它(tā)的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī保温杯突然间不保温了是什么原因呢，保温杯突然间不保温了是什么原因呢)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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