宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范为什么911不撞白宫，911未撞上白宫的飞机围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)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(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)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(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存(cún)在(zài)的(de)非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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