宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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