宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是(shì)这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，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来不(bù)应该一个立一个羽念什么字是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)一个立一个羽念什么字阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征和第一(yī)个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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