宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测(cè)的结果却(què)让人感到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之(zhDHC属于什么档次，dhc属于什么档次的化妆品ī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

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所以，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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