宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)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(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(哈密瓜减肥期间可以吃吗，一个哈密瓜的热量等于几碗饭kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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