宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)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(chú)了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的猎德村为什么那么有钱，猎德村以前很穷吗物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(猎德村为什么那么有钱，猎德村以前很穷吗chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河(hé)系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则(zé)是(shì)不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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