宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了(le)海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的(de)例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)起飞前多久停止登机，起飞前多久停止登机口背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而(é起飞前多久停止登机，起飞前多久停止登机口r)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有起飞前多久停止登机，起飞前多久停止登机口趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并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(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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