宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到(dà黥刑是什么刑罚 黥刑是轻刑还是重刑o)不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什(shén)么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的(de)，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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