宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(g略备薄酒的意思下一句，略备薄酒的读音uò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)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(shù)量却(què)只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了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。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称(chēng)观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了(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好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样略备薄酒的意思下一句，略备薄酒的读音的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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