宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有(yǒu)9三字经中苟不教性乃迁是什么意思，苟不教性乃迁的下一句9%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

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)系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相(xiā三字经中苟不教性乃迁是什么意思，苟不教性乃迁的下一句ng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超(chāo)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(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学(xué)家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。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”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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