宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

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1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一(yī)般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系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(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的(de)力学稚优泉这个牌子怎么样，稚优泉这个牌子怎么样啊定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(hu稚优泉这个牌子怎么样，稚优泉这个牌子怎么样啊ì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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