宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōn漠北是现在的哪里，明朝的漠北是现在的哪里g)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，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(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。<漠北是现在的哪里，明朝的漠北是现在的哪里/p>

因此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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