宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù太监割掉的是哪些部位，太监为什么割掉的是哪些部位)，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé太监割掉的是哪些部位，太监为什么割掉的是哪些部位)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)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(nà)么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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