宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那(nà)么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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