宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们(men)的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)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(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，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系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)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学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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