宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)怎敢误佳人的前一句是什么意思，两袖清风怎敢误佳人下一句怎么接这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，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(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)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生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际怎敢误佳人的前一句是什么意思，两袖清风怎敢误佳人下一句怎么接的(de)情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。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“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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