宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时(shí)候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)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所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的(de)效(xiào)应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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