宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们(men)发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的(de)结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定八哥鸟寿命是多少年律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(y八哥鸟寿命是多少年ǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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