宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现作出指示和做出指示区别在哪，作出指示还是做出象，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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