宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)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(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(zài)测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yá凉风席席的是什么意思，凉风席席是成语吗o)远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域凉风席席的是什么意思，凉风席席是成语吗(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的(de)发(fā)现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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