宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却(què)让(ràng)人感到(dào)不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年(nián)的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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