宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学数学魔芋为什么没有热量，魔芋粉丝千万别吃多了原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估(gū)算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì魔芋为什么没有热量，魔芋粉丝千万别吃多了)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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