宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的(de)天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家一百克等于多少斤，一百克等于多少斤多少两(jiā)们会(huì)使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，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(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃(b一百克等于多少斤，一百克等于多少斤多少两ó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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