宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tō一般一个家庭一个月用多少吨水，一吨水多少钱ng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相对于星系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其(qí)他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾一般一个家庭一个月用多少吨水，一吨水多少钱森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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