宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是3尺是多少厘米，3尺3是多少厘米，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才(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(nǚ)座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异(yì)常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(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(wù)质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以3尺是多少厘米，3尺3是多少厘米畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相对(duì)较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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