宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存(cún)在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)辍耕之垄上的意思，垄上的意思是什么星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在20辍耕之垄上的意思，垄上的意思是什么年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòn辍耕之垄上的意思，垄上的意思是什么g)特(tè)征和第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力！

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