宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时家用炒菜锅生铁好还是熟铁好，铸铁锅和生铁锅哪个对身体好候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力家用炒菜锅生铁好还是熟铁好，铸铁锅和生铁锅哪个对身体好透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围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(wài)半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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