宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直勿必和务必的区别，务必是什么意思呀接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同的(de)观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应(yī勿必和务必的区别，务必是什么意思呀ng)的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？勿必和务必的区别，务必是什么意思呀喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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