宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)赓续前行是什么意思，赓续前进的意思者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了(le)一个(gè)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，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引赓续前行是什么意思，赓续前进的意思力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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