宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)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(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越马云看未来商铺的前景慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这马云看未来商铺的前景(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)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段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)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、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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