宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、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(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会(huì)古诗《画》的作者是谁？哪个朝代人，画的作者是哪个朝代的诗人使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(古诗《画》的作者是谁？哪个朝代人，画的作者是哪个朝代的诗人yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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