宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过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(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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