宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一什么叫人文关怀，人文关怀体现在哪些方面致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种我们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相什么叫人文关怀，人文关怀体现在哪些方面互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不(bù)会(huì)意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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