宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进咋能把自己弄成小喷泉呢，如何把女朋友弄成小喷泉(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们(men)也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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