宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里(特朗普是哪个党派的 特朗普是美国第几任lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值(zhí)图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)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(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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