宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终(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)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的(de)东(dōng)西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(七尺是多少米呀 身高7尺是多少厘米le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区七尺是多少米呀 身高7尺是多少厘米域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙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(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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