宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

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

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法看到乐字的繁体是几画啊，乐字的繁体是几画字。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng乐字的繁体是几画啊，乐字的繁体是几画字)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们(men)之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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