宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiā叮当镯一般是什么材质，叮当镯为什么那么便宜n)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其(qí)他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)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(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流叮当镯一般是什么材质，叮当镯为什么那么便宜，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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