宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？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(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都马后炮是什么意思比喻什么人，马后炮是什么意思比喻什么是(shì)应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(hé马后炮是什么意思比喻什么人，马后炮是什么意思比喻什么ng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)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)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)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？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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