宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事不是省油的灯是什么意思，没有一个省油的灯是什么意思(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用正常的(de)物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(y不是省油的灯是什么意思，没有一个省油的灯是什么意思àn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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