宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论速度(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看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的(de)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，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)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(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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