宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间鸭绒被好还是鹅绒被好，鹅绒被最大的缺点，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的鸭绒被好还是鹅绒被好，鹅绒被最大的缺点引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜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。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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