宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“中元节一般过几天，鬼节不能吃什么东西动(dòng)力学质量”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(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现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(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的中元节一般过几天，鬼节不能吃什么东西探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么(me)暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符(fú)合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的(de)实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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