宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，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(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(真正想离婚的女人会拖着吗，女人拖着不离婚也不联系心态liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)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。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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