宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用(yòng)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，发现星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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