宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际十指不沾阳春水下一句是什么，十指不沾阳春水是什么意思气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的(de)动力！

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