宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比诸葛亮决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁，决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁说出来的如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

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

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测(cè)的(de)结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上诸葛亮决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁，决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁说出来的，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对前景背景分离(lí)后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过诸葛亮决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁，决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁说出来的暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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