宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距(jù)离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。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(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行了(le)40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)16英寸是多少厘米，16英寸是多少厘米长的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河(hé)16英寸是多少厘米，16英寸是多少厘米长系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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