宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它不朽的意思们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不(b不朽的意思ù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的(de)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(lí)星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(d不朽的意思e)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候，发(fā)现它的(de)大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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