宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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