宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的(de)运(yùn)动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(碾压与辗轧的区别是什么，辗轧与碾压有什么区别yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的(de)气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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