宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)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(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400竹林七贤顺口溜记忆法，建安七子顺口溜怎么读倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们(men)对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

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所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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