宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十(sh赓续前行是什么意思，赓续前进的意思í)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)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(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的(赓续前行是什么意思，赓续前进的意思de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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