宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍(b乾坤未定你我皆是黑马，把人比喻黑马是啥意思èi)。这(zhè)意(yì)味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑乾坤未定你我皆是黑马，把人比喻黑马是啥意思一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心(xīn)的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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