宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们(men)通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数(shù)量也符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上(sh公交车被C这才几天没做水，s货你是不是欠c了公交车站àng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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