宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué晓之以情,动之以理的意思是什么，晓之以理,动之以情出自哪里)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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