宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它美国各州的缩写是什么，美国各州缩写英文字母的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是(shì)不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)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(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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