宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的(de)，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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