宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的(de)恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿1分米等于多少米，1分米等于多少米厘米越(yuè)暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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