宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却(què)没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们(men)对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905雨伞能当太阳伞用吗，雨伞能当太阳伞用吗。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星(xīng)数(shù)量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多(duō)不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小雨伞能当太阳伞用吗，雨伞能当太阳伞用吗跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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