宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们(men)上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这(1km等于多少米 1km是不是1公里zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，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(yì)味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情况，1km等于多少米 1km是不是1公里造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这(zhè)个实(s1km等于多少米 1km是不是1公里hí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究(jiū)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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