宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的(de)各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)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(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当其远而无所至极邪的邪怎么读音，卯怎么读音中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的(de)原因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测(cè)的(de)时候，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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