宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不(bù)同的9的算术平方根是3还是正负3，根号9的算术平方根是多少观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)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(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质(zhì)正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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