宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在(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)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)康桥在哪里再别康桥，徐志摩康桥在哪里证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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