宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)康师傅是哪国的牌子？团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数(shù)百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)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无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，康师傅是哪国的牌子？所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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