宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)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)动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(h虎门销烟发生在哪里óng)色的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上虎门销烟发生在哪里它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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