宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照人类的菊花能扩大到多少，人类的菊花是什么牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)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中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当人类的菊花能扩大到多少，人类的菊花是什么于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，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(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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