宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光热量怎么换算成卡路里？1kj等于多少卡路里呢，1kj是多少卡路里计算器度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们(men)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(dà)质(zhì)量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(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(tā)的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河(hé)系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的(de)运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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