宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài晓之以情,动之以理的意思是什么，晓之以理,动之以情出自哪里)恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)晓之以情,动之以理的意思是什么，晓之以理,动之以情出自哪里，这个过(guò)程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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