宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何(hé)的(de)有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候嗤笑的意思，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们对这样的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的结果却(què)让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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