宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(c酒店的大镜子对着床做什么用的，酒店的镜子对着床做什么用的háng)，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(h酒店的大镜子对着床做什么用的，酒店的镜子对着床做什么用的ǎo)达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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