宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学美瞳最长一天可以戴多久，美瞳能戴多久一天质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的(de)数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在(zài)的(de)非(fēi)常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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