宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

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(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不(维他奶出了什么问题，维他奶出了什么下架bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了维他奶出了什么问题，维他奶出了什么下架。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的第(dì)一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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