宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)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(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一三传一反指的是什么意思，三传一反指的是反应动力学。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一三传一反指的是什么意思，三传一反指的是反应动力学样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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