宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测(cè)量各个(gè)星系的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个Medical staff可数吗，stuff词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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