宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的(de)研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星(xīng)数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对(duì)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论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)值勤执勤的区别，值勤跟执勤的区别质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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