宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了(l三生三世枕上书白滚滚的真身是什么，三生三世枕上书中白滚滚的真身是什么e)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí三生三世枕上书白滚滚的真身是什么，三生三世枕上书中白滚滚的真身是什么)析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是(shì)这(zhè)样极(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(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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