宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有对角线相等的四边形是什么四边形，对角线相等的平行四边形是什么(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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