宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的对方发省略号是什么意思，微信发省略号是什么意思质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞对方发省略号是什么意思，微信发省略号是什么意思，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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