宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的(de)结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺(chǐ2197的立方根是多少，216的立方根是多少)度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外(wài)部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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