宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)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观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé夜游症的孩子精神有问题吗，孩子半夜起来突然乱走乱说话)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太夜游症的孩子精神有问题吗，孩子半夜起来突然乱走乱说话阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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