宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系(x使我不得开心颜上一句是什么ì)中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于(yú)在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了(le)数(shù)十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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