宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

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

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力(lì)！

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