宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现任何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn安定区属于哪个省哪个市的，安定区属于哪里)动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发(fā)现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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