宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这正实数包括0吗包括负数吗，正实数包括零吗样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù正实数包括0吗包括负数吗，正实数包括零吗)远远(yuǎn)大(dà)于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高(gāo)的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学(xué)家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行(xíng)了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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