宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消第一次见面握手是左手还是右手，与人握手是左手还是右手失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理第一次见面握手是左手还是右手，与人握手是左手还是右手论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级第一次见面握手是左手还是右手，与人握手是左手还是右手巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号(hào)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(xíng)移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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