宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了(le)很多(duō)不同的(de)观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么(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(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速(s充电宝100wh等于多少毫安ù)度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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