宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太(tài)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(dà)于理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象(xiàn一升等于多少毫升应该是1000，一升等于多少毫升mlg)的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)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(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发(fā)一升等于多少毫升应该是1000，一升等于多少毫升ml现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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