宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对(duì)现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系(xì)的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的(广西大学唐纪良主任科员，广西大学唐记良de)引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实(shí)验方(fāng广西大学唐纪良主任科员，广西大学唐记良)式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。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，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们(men)所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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