宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆夷洲今是何地，夷洲是哪里斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐(fú)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(duì)较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地(d夷洲今是何地，夷洲是哪里ì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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