宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家崤什么时候读yao佳肴，崤什么时候读们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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