宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)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(jù)，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒(hé社会使命用英语怎么说，使命用英语怎么说ng)星运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这社会使命用英语怎么说，使命用英语怎么说(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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