宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验(yàn)，但是却(què)没(méi)有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯上一休一是什么意思，上一休一的工作好还是8小时好特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观测(cè)的(de)结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)上一休一是什么意思，上一休一的工作好还是8小时好期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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