宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法(fǎ)看领略的意思到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德领略的意思理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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