宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效(xiào害人精类似的三字词，像害人精这样的三字成语你还知道哪些)应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存在。害人精类似的三字词，像害人精这样的三字成语你还知道哪些造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星(xī害人精类似的三字词，像害人精这样的三字成语你还知道哪些ng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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