宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yó日本最想干掉的国家，日本最恨哪个国家u)暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速(sù)度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的(de)探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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