宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了花王牙膏为什么那么便宜，这三种牙膏千万别再买了(le)暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存花王牙膏为什么那么便宜，这三种牙膏千万别再买了在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系(xì)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(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度花王牙膏为什么那么便宜，这三种牙膏千万别再买了、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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