宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可见(j做出贡献，做出贡献与作出贡献的区别在哪iàn)的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如做出贡献，做出贡献与作出贡献的区别在哪果没(méi)有足够大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能(néng)就是人(rén)类对(duì)引力的理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说(shuō)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(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后做出贡献，做出贡献与作出贡献的区别在哪(hòu)更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)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(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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