宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应(y酒精灯火焰温度是多少度，酒精灯火焰温度范围īng)的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用(yòng)则是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万光年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(酒精灯火焰温度是多少度，酒精灯火焰温度范围kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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