宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过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(rèn)何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)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(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为20分米等于多少米 20分米等于多少厘米暗(àn)物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球20分米等于多少米 20分米等于多少厘米围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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