宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光年(nián)的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子紫菜是不是海鲜的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途紫菜是不是海鲜就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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