宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)顺丰首重是多少公斤多少钱，顺丰首重是多少公斤续重多少钱团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)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(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)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，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

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所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方式顺丰首重是多少公斤多少钱，顺丰首重是多少公斤续重多少钱。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留下(xià)了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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