宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有(微信拍一拍怎么关闭，微信拍一拍怎么关闭太气人yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力(lì)的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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