宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解(jiě)还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部(bù)场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何(hé)其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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