宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的(d35c到底有多大，35c是多少e)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā35c到底有多大，35c是多少)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)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(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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