宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质(z不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵hì)的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这是理论(lùn)不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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