宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)敷蒸馏水对皮肤有用吗，屈臣氏蒸馏水敷脸多久敷一次系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)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(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一(yī)个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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