宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)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(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大贵妇膏晚上可以涂着睡觉吗，贵妇膏晚上用还是白天用(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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