宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，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(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)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(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系人生在勤,不索何获的意思是谁说的，人生在勤不索何获的意思是什么团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下(xià)了各(gè)相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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