宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系美女脱了个精光露出奶囗和尿囗团中(zhōng)很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)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(xiàn)象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了(le)外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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