宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引(yǐn)入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)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团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)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(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科五月去北京穿什么衣服，五月份去北京穿什么衣服学(xué)家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球(qiú)建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的(de)实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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