宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shu1cc的水等于多少克，1cc水是多少克ō)之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后1cc的水等于多少克，1cc水是多少克，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo1cc的水等于多少克，1cc水是多少克)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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