宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有(yknocked什么意思，knocking什么意思ǒu)银河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(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(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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