宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有一滴水多少ml 一滴水多少克未知的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质(zh一滴水多少ml 一滴水多少克ì)，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们(men)通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的(de)情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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