宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòn凝集素和凝集原的区别巧记，凝集原与凝集素有何区别g)所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力(lì)！

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