宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”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女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也(阿富汗玉为什么便宜，阿富汗玉为什么不值钱yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是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(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)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的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而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(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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