宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿中国最早的朝代，中国最早的皇帝是谁发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动中国最早的朝代，中国最早的皇帝是谁学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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