宇宙(zhòu)是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系禁欲可以恢复性功能吗，禁欲多久可以恢复肾气剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的(de)时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些禁欲可以恢复性功能吗，禁欲多久可以恢复肾气(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)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(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过(guò)程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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