宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)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尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物(wù)理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分一面亲上边一面膜下边的，一面亲上边一面膜下边打扑克(fēn)的(de)普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者(zhě)之间。一面亲上边一面膜下边的，一面亲上边一面膜下边打扑克被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhō一面亲上边一面膜下边的，一面亲上边一面膜下边打扑克ng)间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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