宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在什么叫人文关怀，人文关怀体现在哪些方面摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快的时(shí)段(du什么叫人文关怀，人文关怀体现在哪些方面àn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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