宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不(bù)错一个题就往阴里装一支笔符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)错一个题就往阴里装一支笔维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。错一个题就往阴里装一支笔费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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