宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，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(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)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(jiù)是人类对(duì)引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(d生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写e)部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还(hái)无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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