宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系(xì)的戊申年是哪一年气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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