宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中池鱼思故渊的上一句是什么，羁鸟恋旧林池鱼思故渊心更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(w池鱼思故渊的上一句是什么，羁鸟恋旧林池鱼思故渊ú)法提供相应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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