宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度(dù)，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)兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离(lí议论文论点论据论证是什么意思，论点论据论证是什么意思举例子)了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

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