宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第几十块钱的阿富汗玉是真的吗二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星几十块钱的阿富汗玉是真的吗系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，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(suǒ)以，科学(xué)家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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