宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物(wù蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经(jīng)提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(d蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子e)行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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