宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用(yò妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思ng)来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年(n妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思ián)度周期信号的(de)差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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