宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)的引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(z五的大写是什么hǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，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(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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