宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可(kě)能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域arctan1怎么算出来的，arctan1怎么算？(yù)并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的(de)证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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