宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得单亲家庭是什么意思多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zh单亲家庭是什么意思è)个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(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(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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