宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测(cè)量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会气概和气慨哪个正确些，气概与气概的区别越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原因(yīn)很可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)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(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的(de)部(bù)分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能(néng)有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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