宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方(fā22寸是多少厘米ng)法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不(bù)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(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系22寸是多少厘米的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rá22寸是多少厘米n)也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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