宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)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(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他怎样跟情人要钱才不尴尬，怎么问情人要钱的技巧们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小怎样跟情人要钱才不尴尬，怎么问情人要钱的技巧差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大(dà)质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)怎样跟情人要钱才不尴尬，怎么问情人要钱的技巧常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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