宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是1亿等于多少万存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的(de)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(zhè)个(gè)现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(1亿等于多少万jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不(bù)是(shì)集(jí)中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)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(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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