宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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