宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研(yán)究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xià崤什么时候读yao佳肴，崤什么时候读n)象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hě崤什么时候读yao佳肴，崤什么时候读n)多(duō)不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，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。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称崤什么时候读yao佳肴，崤什么时候读观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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