宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质美国领土超过中国了吗，美国领土比中国领土大吗的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(d美国领土超过中国了吗，美国领土比中国领土大吗ìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号(hào)，就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(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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