宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大五的大写是什么(dà)部分的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的(de)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(le)20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也(yě)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度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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