宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间(ji八一勋章享受什么待遇，得了八一勋章享受什么待遇ān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入了(le)外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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