宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，上火了可以吃猕猴桃吗芭芭农场，上火了猕猴桃能吃吗叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是上火了可以吃猕猴桃吗芭芭农场，上火了猕猴桃能吃吗一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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