宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们戊戌年是哪一年观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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