宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行行而不辍履践致远是什么意思，行而不辍 什么意思移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé行而不辍履践致远是什么意思，行而不辍 什么意思)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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