宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产431mm是多少厘米 431mm是多少米生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

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所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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