宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì黑玛瑙和红玛瑙哪个好，黑玛瑙为什么又叫短命石)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīn黑玛瑙和红玛瑙哪个好，黑玛瑙为什么又叫短命石g)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐ黑玛瑙和红玛瑙哪个好，黑玛瑙为什么又叫短命石ng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客(kè)的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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