宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān吾妻之美我者的美是什么意思，吾妻之美我者的美是什么用法)，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对(duì)引力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的(de)实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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