宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些黑人牙膏创始人，好来牙膏是假货吗暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)黑人牙膏创始人，好来牙膏是假货吗模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)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(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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