宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de社会使命用英语怎么说，使命用英语怎么说)引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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