宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的巨80寸电视机长和宽大概是多少厘米的，80寸电视的长和宽分别是多少厘米大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方式是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的(de)质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究(jiū80寸电视机长和宽大概是多少厘米的，80寸电视的长和宽分别是多少厘米)也(yě)被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些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据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了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，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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