宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定(dìng)律戊申年是哪一年所取得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)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(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的(de)动(dòng)力(lì)！

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