宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，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(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的(电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系(xì)的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的(de)差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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