宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不一氧化碳密度比空气大还是小 一氧化碳密度小于空气吗发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàn一氧化碳密度比空气大还是小 一氧化碳密度小于空气吗g)的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是一氧化碳密度比空气大还是小 一氧化碳密度小于空气吗宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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