宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的(de)太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(f中国现在有多少士兵军人，目前中国有多少士兵ǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(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(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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