宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是(shì决别和诀别哪个是对的意思，诀别和决别是什么意思)当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的决别和诀别哪个是对的意思，诀别和决别是什么意思旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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