宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴(z拐点和驻点的区别是什么意思，拐点和驻点的关系hóu)上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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