宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的(de)形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5裤子175是几个x倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个裤子175是几个x过程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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