宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的(de)物(wù)质和(hé)力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)一方水等于多少吨水，一方水等于多少吨水间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还(hái)引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我一方水等于多少吨水，一方水等于多少吨水们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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