宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的九龙司是哪里？情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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