宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。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会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之兔子有几条腿，兔子有几条腿正确答案间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ兔子有几条腿，兔子有几条腿正确答案)需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不(bù)会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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