宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种(z沅有芷兮澧有兰什么意思怎么读，沅有芷兮澧有兰 什么意思hǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系(xì)的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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