宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)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(huì)知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

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、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的(de地铁的时速一般是多少公里，地铁的时速一般是多少码)力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎ地铁的时速一般是多少公里，地铁的时速一般是多少码o)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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