宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定(daj和耐克的区别是什么，aj和乔丹的区别是什么ìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因(yīn)很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的(de)东西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流(liú)的(de)运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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