宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的(de)各(gè)个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(w先公四岁而孤全文翻译及注释，先公四岁而孤全文翻译答案èi)着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律。

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所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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