宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不可见的(de)暗质(zhì)，红楼梦多少字它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)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(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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