宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，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2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会国际歌的作者是谁哪国人，国际歌作者是哪个国家的人出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外(wài)部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是国际歌的作者是谁哪国人，国际歌作者是哪个国家的人在数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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