宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团a5a6b5b6纸尺寸对比，a5b6纸多大中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要(yào)的(de)暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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