宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来1分钟前刚刚哪里发生了地震(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降1分钟前刚刚哪里发生了地震到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度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(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng1分钟前刚刚哪里发生了地震)这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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