宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存在。100ml酒是几两，100ml小酒瓶是几两另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到100ml酒是几两，100ml小酒瓶是几两峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì100ml酒是几两，100ml小酒瓶是几两)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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