宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这(zhè什么叫垂足和垂点，什么叫垂足四年级)些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的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(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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