宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)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(yì)常(cháng)的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释(shì)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(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多(duō)不同的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可(kě)能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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