宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了(le)，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间的(de)相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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