宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其(qí)进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论所想皆所愿,所愿皆所得的意思是什么，所想皆所愿,所愿皆所得的意思英文叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理所想皆所愿,所愿皆所得的意思是什么，所想皆所愿,所愿皆所得的意思英文论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是(shì)人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他(tā)的(de)情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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