宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐(爱屋及乌是什么意思解释，爱屋及乌是什么意思英语xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台(tái)新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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