宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中爱屋及乌是什么意思解释，爱屋及乌是什么意思英语(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)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在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

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自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的(de)运(yùn)动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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