宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光都酒后想念一个人是真爱吗，为什么喝了酒会很想念一个人发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子(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(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里(l酒后想念一个人是真爱吗，为什么喝了酒会很想念一个人ǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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