宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，前肖是指哪几个生肖就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)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量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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