宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们需要(yào)对现在(zài)的(de)物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气(古诗山衔落日浸寒漪，山衔落日浸寒漪的诗意是什么qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可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)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙(h古诗山衔落日浸寒漪，山衔落日浸寒漪的诗意是什么uǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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